Linux的啓動流程

Linux的啓動流程(/etc/inittab)
1. 從BIOS到KERNEL
BIOS自檢－>MBR(GRUB)－>KERNEL－>KERNEL自解壓－>內核初始化－>內核啓動
BIOS自檢
當電腦開機的時候，電腦會進入BIOS，BIOS的工作主要是偵測電腦的周邊配套設備是否工作正常，如CPU的類型、速度、緩存等
主板類型
內存的速度，容量
硬盤的大小，類型和工作模式
風扇速度等
主要是爲了檢查這些設備在開機的時候是否能通過檢測，如果能通過檢測，說明電腦可以正常的工作。
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一、載入啓動程序
BIOS自檢完成後，BIOS會根據用戶設置的啓動順序來由那個設備來啓動電腦的操作系統，這個設備一般是硬盤。
也就是進入到硬盤的MBR區域（引導扇區），這個區域中的有512個字節的大小，其中前446個字節中保存的程序是選擇啓動分區，也就是電腦由那個硬盤分區來載入開機的程序。那麼在這個446個字節的空間中保存的就是啓動程序，然後由這個小程序來加載存儲在其他位置的操作系統，也就是啓動grub程序。
當找到啓動設備（硬盤）時，第一階段所用的boot loader（存放在引導扇區）被裝載到RAM中並被執行。這裏的boot loader在大小上小於一個扇區的大小，也就是512字節，而它的任務，就是加載第二階段的boot loader。
當負責第二階段的boot loader位於內存中並被執行時，通常會顯示一個一閃而過的屏幕，然後linux以及可選的初始化內存盤（一種臨時的根文件系統，如果想得到具體的介紹，請訪問http://likunarmstrong.bokee.com/5502266.html)會被裝載到存儲器中。當系統鏡像被加載時，第二階段的boot loader將把控制權轉交給內核鏡像，與此同時，內核開始自解壓並初始化。在這個階段，第二階段的boot loader會檢查系統的硬件，枚舉那些附加的硬件設備，掛載根設備，之後加載需要的內核模塊。完成之後，第一個用戶空間程序（init）開始執行，更高層次的系統初始化開始。
這就是從表面上看，linux的啓動過程。好了，現在，讓我們更進一步，更深入地探索linux啓動過程中的一些細節。
二、系統的啓動
系統啓動的階段，依賴於linux在哪個硬件設備上啓動。在嵌入式系統中，當系統被打開或者重新啓動的時候，就要使用啓動加載的環境。這方面的例子包括U -BOOT，RedBoot，和Lucent推出的MicroMonitor。嵌入式平臺通常是綁定了啓動監視器的。這些程序位於目標硬件上flash存儲器的特定位置，提供了將linux內核鏡像下載到flash存儲器的方法，並在接下來的過程中執行它。除了擁有存儲和啓動linux鏡像的功能外，這些啓動監視器還能進行一定程度上的系統檢測和硬件初始化。在一個嵌入式的目標板中，這些啓動監視器通常覆蓋了第一階段與第二階段boot loader的功能。
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小知識：如何查看你的MBR內容。如果你希望查看你MBR的具體內容，請用以下命令：
# dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1
# od -xa mbr.bin
需要以root身份運行的dd命令，讀取你的第一個集成電子驅動器或者IDE驅動器的前512字節，並將他們寫入
mbr.bim文件。od命令則是以十六進制和ASCII碼形式打印出這個二進制文件
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在個人電腦中，linux的啓動是從0xFFFF0地址開始的。BIOS的第一步動作就是進行上電自檢（POST）。POST的工作是檢查硬件設備。BIOS的第二步動作就是枚舉本地設備並初始化。
由於BIOS功能使用上的不同，它由兩個部分組成：POST碼runtime服務。POST完成後，它將從存儲器中被清除，但是BIOS runtime服務會被保留，用於目標操作系統。
爲了啓動操作系統，BIOS的runtime服務將搜索那些激活狀態的或是可引導啓動的設備，搜索的順序則由CMOS設置決定（也就是我們平時所謂的在 BIOS中設置的啓動順序）。一個軟驅，一臺光驅，一個硬盤上的分區，網絡上的設備甚至一個usb 閃存盤都可以作爲一個啓動設備。
當然，linux通常是從硬盤啓動的。硬盤上的MBR（主啓動記錄）包含有基本的boot loader，它是一個512字節大小的扇區，位於磁盤的第一個扇區（0磁頭0磁道1扇區）。當MBR被裝載到RAM中後，BIOS就會將控制權轉交給MBR。
三、第一階段boot loader
位於MBR中的主boot loader是一個512字節的鏡像，其中不僅包含了程序代碼，還包含了一個小的分區表，如圖2所示。最初的446字節是主boot loader，它裏面就包含有可執行代碼以及錯誤消息文本。接下來的64字節是分區表，其中包含有四個分區的各自的記錄（一個分區佔16字節）。MBR通過特殊數字0xAA55（譯者注：在電子界中AA55確實是具有傳奇色彩的數字，想知道爲什麼麼？將它展開成二進制形式，看看有什麼規律）作爲兩個字節的結束標誌。0x55AA同時也是MBR有效的校驗確認。
主boot loader的工作是尋找並加載第二boot loader。它通過分析分區表，找出激活分區來完成這個任務，當它找到一個激活分區時，它將繼續掃描剩下的分區表中的分區，以便確認他們都是未激活的。確認完畢後，激活分區的啓動記錄從設備中被讀到RAM，並被執行。
四、第二階段boot loader
起着次作用，或者說是第二boot loader，可以更加形象得被稱爲內核加載程序。這個階段的任務就是加載linux內核，以及可選的初始化內存盤。
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小知識：GRUB階段的boot loaders
在/boot/grub目錄中包含有stage1,stage2和stage1.5的boot loaders，同時還有不少可選的loaders（例如，CD-ROM使用的就是iso9660_stage_1_5）
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把第一階段和第二階段的boot loaders聯合起來，就是在x86個人電腦中，我們所說的linux loader（LILO）或者GRand Unified Bootloader(GRUB)。由於GRUB修正了一些LILO中存在的缺陷，因此下面就讓我們來看看GRUB（如果你希望得到更多的關於GRUB， LILO和與之相關話題的討論資源，請見文後的參考資料）
對於GRUB來說，一個比較好的方面就是它包含了linux文件系統的知識。與LILO使用裸扇區不同的是，GRUB能夠從ext2或者ext3文件系統中加載linux內核。它是通過將本來兩階段的boot loader轉換成三個階段的boot loader。在第一階段（MBR）中會啓動stage1.5的boot loader來理解linux內核鏡像中的特殊的文件系統格式，例如，reiserfs_stage1-5(用於從reiserf日誌文件系統中進行加載)或e2fs+stage1_5(用於從wxt2或ext3文件系統進行加載）。當stage1.5的boot loader被加載並運行時，stage2 的boot loader才能被加載。
當stage2被加載時，GRUB能根據請求的情況顯示一個可選內核的清單（在 /etc/grub.conf 中進行定義，同時還有幾個軟符號鏈接 /etc/grub/menu.lst 和 /etc/grub.conf)。你可以選擇一個內核，修改其附加的內核參數。同時，你可以選擇使用命令行的shell來對啓動過程進行更深層次的手工控制。
在第二階段boot loader存在與內存中後，就可以對文件系統進行查詢了，同時，默認的內核鏡像以及初始化內存盤鏡像也被加載到內存中。一切準備完畢之後，第二階段的boot loader就會調用內核鏡像。
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2. 內核啓動：創建1＃進程並執行，由它創建若干內核線程（kernel thread），然後裝入並執行程序/sbin/init（變成一個用戶進程）。此後，init根據/etc/inittab配置文件來執行相應的腳本進行系統初始化，如設置鍵盤、字體，裝載模塊，設置網絡等。
對於Redhat來說，執行的順序爲：
/etc/rc.d/rc.sysinit # 由init執行的第一腳本
/etc/rc.d/rc $RUNLEVEL # init執行指定運行級別（$RUNLEVEL爲缺省的運行模式）的各腳本；
/etc/rc.d/rc.local #運行模式2、3、5時會運行的腳本
/sbin/mingetty（或getty） # 等待用戶登錄
/etc/inittab中指定了系統的運行級別（RUNLEVEL），init根據運行級別啓動相關的服務（一些後臺進程），實現不同的功能。
RUNLEVEL值爲:0－6
0：halt， 1：單用戶，2：多用戶，3：多用戶並啓動NFS服務
4：保留，5：運行xdm（X window）以圖形界面方式登錄
6：reboot
3./etc/inittab文件
/etc/inittab的文件內容如下：
# 設定系統開機預設的RUNLEVEL：
id:3:initdefault:
# 開始進行RUNLEVEL的服務啓動前，使用來偵測與初始化系統環境的設定文件：
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
# 7 個不同 run level 的，需要啓動的服務的 scripts 放置路徑：
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
# 是否允許按下 [ctrl]+[alt]+[del] 就重新開機的設定項目：
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
# 本機端終端機啓動的個數：
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
# 在 X Window (RUNLEVEL 5) 環境下的啓動 script 設定項目：
x:5:once:/etc/X11/prefdm -nodaemon
這個文件的語法是這樣的：
標識符：級別：init 的動作行爲:指令項目
1. 標識符：
最多四個字符，代表 init 的主要工作項目，只是一個簡單的代表說明。
2. 級別：
該項目在哪些 run level 底下進行的意思。如果是 35 則代表 runlevel 3 與 5 都會執行。
3. init 的動作行爲：
主要可以進行的動作項目意義有：
initdefault ：代表預設的 run level 設定值；
sysinit ：代表系統初始化的動作項目；
ctrlaltdel ：代表 [ctrl]+[alt]+[del] 三個按鍵是否可以重新開機的設定；
wait ：代表後面接的指令項目必須要執行完畢才能繼續後面的動作；
respawn ：代表後面接的， init 仍會主動的『重新』啓動。
更多的設定項目請參考 man inittab 的說明。
4. 指令項目：
亦即應該可以進行的指令，通常是一些 script 囉。
說明：如根據上面的文件，init程序執行時根據/etc/inittab文件的內容，完成以下功能
(1)獲取RUNLEVEL（文件中的這一行 id:3:initdefault:）爲3
(2)執行rc.sysinit（文件中的這一行 si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit）
(3)執行/etc/rc.d/rc3.d目錄中的腳本（文件中的這一行 l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3，且因爲本例RUNLEVEL爲3）
(4)然後設定是否允許按下 [ctrl]+[alt]+[del] 就重新開機（文件中的這一行 ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now，當然如果不允許，可把此行註釋掉）
(5)啓動六個終端界面tty1-tty6
(6)最後如果我們使用的是 run level 5 ，那麼除了這六個終端機之外， init 還會執行/etc/X11/prefdm -nodaemon 其主要的功能就是在啓動 X Window ！